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我科學家研發出智能調溫纖維

布料裡“裝空調”有望成真

2026年03月16日08:40 | 來源:光明日報222
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酷暑難耐,即便身著薄衣,人還沒動,汗先下來了。要是有一件衣服,能在大太陽底下自動吸熱,讓人始終感覺涼爽,是不是有點像科幻片?北京大學材料科學與工程學院教授鄒如強團隊,還真把這事做成了。相關成果日前發表於《自然·通訊》。

這背后的功臣,是一種叫“相變材料”的神奇物質。在智能穿戴與個人熱管理領域,相變材料被公認為革命性的熱管理解決方案。鄒如強表示:“簡單說,它就像藏在布料裡的‘智能空調’:外界溫度高了,它就把熱量悄悄吞掉存起來﹔溫度降下來,它再把熱量慢慢吐出去。有了它,衣服成了一座可以自動調節溫度的微型氣候站。”

然而,這一技術從實驗室走向日常生活,長期受困於一個核心矛盾:若要追求高儲熱密度,材料往往機械性能脆弱、易泄漏且導熱性差﹔若為了結構穩定而犧牲儲熱能力,則又失去了調溫的實際意義。這一“性能權衡”難題,嚴重制約了可穿戴裝備的規模化應用。

研究團隊獨辟蹊徑,用一種精巧的辦法破解了這一難題。他們像蓋房子一樣,在微觀世界裡給相變材料搭建了一個既結實又通透的“安樂窩”。“我們往材料裡摻入微量的碳納米管,它細得如十萬分之一的頭發絲,卻能當‘鋼筋’撐起骨架,還能當‘高速路’讓熱量快速通過。同時,我們還構建了一種‘三維互穿聚合物網絡’,把那些負責吸熱放熱的相變小分子精准地約束其中——這樣,即便溫度升高,相變小分子熔化為液體趨向流動時,也會被籠子牢牢鎖住,一滴都漏不出來。”

這一招“四兩撥千斤”,效果驚人。研究團隊紡出來的相變纖維,儲熱能力幾乎拉滿,單位重量能吸收的熱量是同類材料頂尖水平。而且這纖維亦極為柔韌,拉伸至原長十五倍也不會斷裂。這種高性能纖維可直接兼容商用紡織設備,在剪裁、縫紉、織造等環節中無縫銜接,加工完好率超過98%,為產業化應用鋪平了道路。

鄒如強介紹,為驗証實際調溫效果,團隊還將相變纖維織造成衣,並進行了多場景真人穿戴測試。盛夏正午,穿上這件調溫馬甲,比普通聚酯纖維馬甲表面溫度可降低8℃,穿戴者反饋,“后背那種被烈日炙烤的灼熱感一掃而空,仿佛一直站在陰涼地裡”。更值得一提的是,纖維經過了百余次循環融化—凝固的“極限疲勞測試”,儲熱能力幾乎沒降,依舊保持穩定。

“這套思路,不僅僅是造出一種新布料,更為下一代智能熱管理材料開辟了新路徑。”鄒如強表示,從為消防員打造隔熱的特種防護服,到為航天員構建舒適的艙內微氣候,再到幫助運動員在賽場上保持最佳狀態,甚至為建筑外牆披上一層能自主“呼吸”的節能皮膚——這項技術為高效、精准、自適應的熱能管理提供了堅實的材料基礎。它不僅是科學上的一小步,更對推動國家“雙碳”目標實現、提升人類在極端環境下的生存質量具有深遠價值。(記者晉浩天)

(責編:李依環、李昉)

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